張玉澤，王 爽

（1.濟南大學 商學院，山東 濟南 250022；2.山東省標準化研究院，山東 濟南 250014）

1 引 言

2019年9月18日，習近平總書記在鄭州主持召開座談會，將黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略，提出“把水資源作為最大的剛性約束”?！八?、水少、水臟、水渾”是治黃歷史矛盾，新時期“水少”逐漸演化成主要矛盾［1］。2021年中共中央、國務院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，黃河流域最大的矛盾是水資源短缺，黃河流域水資源開發(fā)利用率高達80%，遠超40%的生態(tài)警戒線。當前黃河流域面臨的糧食安全、能源安全、生態(tài)安全及經濟發(fā)展滯后等問題，都與水息息相關［2］。隨著經濟社會的發(fā)展，黃河流域水資源短缺的態(tài)勢將更加凸顯?？茖W評價黃河流域水資源承載力和水資源安全水平是保障流域用水安全、實現水資源與經濟社會協調發(fā)展的前提［3］。

近年來，學界關于水資源安全評價的研究較多，集中在水資源安全評價的內涵、指標體系構建、評價方法與典型區(qū)域評價等方面［4－5］。水資源安全評價用于衡量一個國家或地區(qū)（流域）在現有或可預見的經濟、技術條件下，按照可持續(xù)發(fā)展原則，水資源能否滿足國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，其實質在于評價水資源供給能否滿足合理的用水需求［3］?；诖藘群?，國內學者建議綜合考慮水資源對區(qū)域人口、資源、環(huán)境和經濟協調發(fā)展的支撐能力，從水量安全、水質安全、水生態(tài)環(huán)境安全、與水有關的經濟社會安全等維度構建綜合評價指標體系［6－7］，評價方法主要有層次分析法［8－10］、模糊綜合評價法［11］、物元分析法［12］、投影尋蹤法［13］、水足跡法［14］、DPSIR模型［15－16］等。一些學者對黃河流域部分區(qū)域的水資源安全進行評價，如張修宇等［10－11］分別對河南省引黃受水區(qū)和黃河下游引黃灌區(qū)進行了評價，武蘭珍等［17］對黃河流域甘肅段進行了評價，但少有學者對黃河流域整體的水資源安全進行評價。因此，筆者選擇能夠反映指標間因果關系的DPSIR（驅動力－壓力－狀態(tài)－影響－響應）模型，對黃河流域水資源安全進行評價，以期為黃河流域水資源與經濟社會生態(tài)協調發(fā)展提供參考。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

水資源安全是“人－水耦合系統(tǒng)”的動態(tài)演變過程，評價指標體系既要反映系統(tǒng)目前的狀態(tài)，又要反映其發(fā)展態(tài)勢，同時要體現各?。▍^(qū)）間、各子系統(tǒng)之間相互影響、互為因果的關系。DPSIR模型是在PSR（壓力－狀態(tài)－響應）模型基礎上發(fā)展而來的，是一種在環(huán)境系統(tǒng)評價中被廣泛使用的概念模型，該模型從系統(tǒng)的角度看待人與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用，比較適用于流域水資源安全評價［18］。具體而言，驅動力反映人類活動（人口增長、經濟社會發(fā)展等）對水資源系統(tǒng)演化的原始驅動力，表征經濟社會發(fā)展對水資源安全的保障能力；壓力伴隨驅動力產生，主要反映人類活動對水資源產生的壓力，即人口及經濟社會各個部門發(fā)展對水資源需求量的增加造成的水資源系統(tǒng)變化（水體污染、水質惡化、可利用水資源量減少等）；狀態(tài)反映水資源系統(tǒng)在壓力作用下所處的狀態(tài)，表征水資源的流量、存量以及水質的變化；影響反映水資源開發(fā)利用過程及當前狀態(tài)對人類社會的影響；響應反映政府和社會針對水資源系統(tǒng)演化過程中出現的問題所采取的措施，體現為政策、法律及經濟手段等。根據DPSIR模型，結合黃河流域發(fā)展狀況及已有研究成果［15－16］，從水資源、經濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境等維度選擇了21項指標，構建黃河流域水資源安全評價指標體系（見表1）。

表1 黃河流域水資源安全評價指標體系

2.2 利用熵值法計算水資源安全評價值的步驟

（1）數據標準化處理。利用極差標準化方法對指標數據進行標準化處理：

式中：Xij為i地區(qū)的第j個指標值；X′ij為數據標準化后的指標值；Xjmin、Xjmax分別為第j個指標的最小值、最大值。

（2）計算指標信息熵值和信息效用值。第j項指標的信息熵值計算公式為

式中：ej為信息熵值，對于一個信息完全無序的系統(tǒng)，其有序度為0，信息熵值最大，ej＝1；K為常數，與系統(tǒng)的地區(qū)數m有關，當m個樣本處于完全無序分布狀態(tài)時，K＝1／lnm。

第j項指標的信息效用值計算公式為

（3）計算指標權重。第j項指標的權重計算公式為

（4）計算水資源安全評價值。i地區(qū)第j個指標的評價值計算公式為

第i個地區(qū)的水資源安全評價值計算公式為

2.3 水資源安全評價等級劃分

上述運用熵值法得出的水資源安全評價值在0與1之間，評價值越接近1說明水資源安全狀況越好，評價值越接近0說明水資源安全狀況越差。為便于分析，在參考相關文獻［19］的基礎上，經過專家討論，將水資源安全狀態(tài)劃分為Ⅰ級（不安全）、Ⅱ級（較不安全）、Ⅲ級（中等安全）、Ⅳ級（較安全）和Ⅴ級（安全）5個等級（見表2）。

表2 黃河流域水資源安全狀態(tài)等級劃分

3 黃河流域水資源安全評價

3.1 研究區(qū)概況及數據來源

黃河自西向東流經青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、山西、陜西、河南、山東9個?。▍^(qū)），其中四川省絕大部分地區(qū)屬于長江流域，僅阿壩藏族羌族自治州部分地區(qū)屬于黃河流域，考慮行政區(qū)的完整性，選擇青海、甘肅、寧夏、內蒙古、山西、陜西、河南、山東8個?。▍^(qū)）為研究區(qū)。水資源短缺是黃河流域的最大矛盾，上中游大部分地區(qū)位于400 mm年降水量等值線以西，氣候干旱少雨，黃河流域多年平均降水量446 mm，僅為長江流域的40%；多年平均水資源總量647億m3，不到長江的7%。黃河流域是我國重要的農業(yè)主產區(qū)和能源基地，流域內城市群規(guī)模不斷擴大，農業(yè)用水、工業(yè)用水及生活用水量均較大，導致用水矛盾尖銳。

研究數據來源于上述8個省（區(qū)）的統(tǒng)計年鑒（2006—2020年）、《中國統(tǒng)計年鑒》（2006—2020年）、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》（2006—2020年）、《中國水利統(tǒng)計年鑒》（2006—2020年）、《中國水資源公報》（2005—2019年）、《黃河水資源公報》（2005—2019年）等，黃河流域的數據按照上述8個?。▍^(qū)）的相關數據累加求得。

3.2 黃河流域水資源安全變化趨勢

總體來看，2005—2019年黃河流域水資源安全評價值呈現波動上升趨勢（見表3）。2005—2012年黃河流域水資源安全評價值在0.2～0.4范圍波動，為Ⅱ級，其中2006年評價值僅為0.275，說明該時段黃河流域水資源處于較不安全狀態(tài)，水資源短缺，不能夠滿足國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要；2013年黃河流域水資源安全評價值為0.432，達到Ⅲ級，此后呈現明顯上升趨勢，2017年評價值為0.598，說明黃河流域水資源安全得到初步改善，水資源基本能夠滿足國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要；2018年評價值達到峰值0.694，2019年小幅度回落至0.687，仍為Ⅳ級，說明2018年和2019年黃河流域水資源能夠滿足國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，達到了較為安全的狀態(tài)。2005—2019年黃河流域水資源安全狀態(tài)從Ⅱ級上升到Ⅳ級，改善明顯，但仍未達到Ⅴ級，未來仍有提升空間。

表3 2005—2019年黃河流域水資源安全評價結果

結合DPSIR模型，從5個準則分析黃河流域水資源安全狀況改善的原因。從表3可以看出，2005—2019年驅動力評價值小幅度上升，壓力、影響評價值小幅度下降，狀態(tài)、響應評價值上升趨勢明顯。具體而言，驅動力評價值由0.089波動上升到0.094，年均增長率僅為0.37%，說明人均GDP、第一產業(yè)比重、人口密度、城鎮(zhèn)化率等指標對水資源安全提升的貢獻很小，經濟社會發(fā)展為水資源安全提供的保障不大；壓力評價值由0.122波動下降到0.118，說明從單位產出用水量和居民人均用水量等指標來看，黃河流域經濟發(fā)展、工農業(yè)生產和居民生活對水資源造成的壓力增大，流域水體污染、水質惡化有所加重；狀態(tài)評價值由0.008波動上升到0.249（年均增長率為28.41%），響應評價值由0.016波動上升到0.132（年均增長率為16.22%），這兩個準則評價值增長較為明顯，說明政府和社會針對水資源問題采取的措施較為有效，使水資源數量和質量得到改善，提升了水資源安全水平；影響評價值由0.105波動下降到0.095，說明從廢水中COD排放量、廢水中氨氮排放量、農田高效節(jié)水灌溉面積率和人均年供水量等指標看，水資源問題對經濟社會發(fā)展產生不利影響，水資源安全狀況有所下降。

綜上所述，2005—2019年黃河流域水資源安全改善主要得益于狀態(tài)和響應指標的提升；經濟社會發(fā)展未能為水資源安全提供充分的保障，而是形成了壓力，水資源一定程度上對經濟社會發(fā)展構成了約束?？梢哉f，當前對黃河流域水資源的治理已達到較高水平，未來較難有所突破，現有產業(yè)結構的用水效率很難大幅度提升，通過調整產業(yè)結構提升水資源安全是未來的努力方向。這與國內其他學者的研究結論較為一致，如張曉濤等［20］研究發(fā)現黃河流域工農業(yè)生產耗用水資源的同時貢獻了相同比例的GDP，認為未來節(jié)水只能從產業(yè)結構調整和發(fā)展節(jié)水技術入手；王浩等［1］研究發(fā)現黃河流域水資源利用效率僅次于京津冀地區(qū)，認為通過深度節(jié)水緩解水資源供需矛盾的潛力不大。

3.3 黃河流域水資源安全空間格局分析

由表4可知，2005—2019年黃河流域水資源安全狀況呈好轉趨勢，?。▍^(qū)）間差異減小。2005年黃河流域上、中、下游水資源安全狀況差距較大，青海為Ⅳ級，內蒙古、陜西和山東為Ⅲ級，甘肅、山西和河南為Ⅱ級（較不安全），寧夏僅處于Ⅰ級。2012年寧夏水資源安全狀況有所改善，達到Ⅱ級，其他省（區(qū)）評價值小幅度增加，水資源安全等級未發(fā)生改變。2019年流域水資源安全狀況繼續(xù)好轉，青海仍為Ⅳ級（水資源安全評價值達到0.713），寧夏為Ⅱ級（較不安全），其他?。▍^(qū)）均為Ⅲ級。2005—2019年各?。▍^(qū)）對水資源保護力度加大，但水資源開發(fā)利用大都采用以需定供模式。經濟較發(fā)達地區(qū)水資源開發(fā)利用程度較高，驅動力和響應指標評價值較高，壓力、狀態(tài)和影響各指標評價值較低；經濟欠發(fā)達地區(qū)情況相反，導致經濟發(fā)達地區(qū)和欠發(fā)達地區(qū)的評價值差距逐漸縮小。雖然2005—2019年黃河流域水資源安全狀況有所好轉，但整體形勢仍不容樂觀，2019年絕大部分?。▍^(qū)）為Ⅲ級及以下等級，流域水資源沒有達到“較安全”或者“安全”的狀態(tài)。究其原因，一是黃河流域水資源稟賦先天不足、水資源與產業(yè)結構不匹配；二是流域水資源規(guī)劃管理長期遵循以需定供的模式，強調保障供水、滿足生產用水需求，導致水資源過度開發(fā)。

表4 典型年各?。▍^(qū)）水資源安全評價結果

具體到各?。▍^(qū)）來看，青海省水資源安全狀態(tài)相對理想，2005—2019年青海省水資源安全評價值從0.607增至0.713，為Ⅳ級（較安全），水資源能夠滿足國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，達到良好狀態(tài)。青海省水資源稟賦較好、人口密度小，人均水資源量遠大于其他省（區(qū)），雖然人均GDP、第一產業(yè)比重、單位產出用水量等指標評價值小于其他?。▍^(qū)），但其水資源安全評價值仍高于其他?。▍^(qū)）。

2005—2019年陜西、內蒙古、山東三?。▍^(qū)）經濟相對發(fā)達、用水效率較高，水資源為Ⅲ級（中等安全）。陜西水資源相對豐富，經濟發(fā)展較好，人均GDP、第一產業(yè)比重、單位產出用水量、人均水資源量等指標具有優(yōu)勢，因而其驅動力、壓力、狀態(tài)評價值較高。內蒙古人口密度、人均水資源量指標優(yōu)勢明顯，單位產出用水量和人均用水量等壓力指標評價值較小。山東作為沿海經濟發(fā)達地區(qū)，水資源利用效率較高，驅動力、壓力、影響和響應各指標均具有一定優(yōu)勢，水資源安全評價值由2005年的0.413增大到2019年的0.497。

2005—2019年河南、山西、甘肅三省水資源安全由Ⅱ級（較不安全）改善為Ⅲ級（中等安全），2019年三省水資源安全評價值分別為0.450、0.412、0.403，水資源基本能夠滿足國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，說明2005—2019年三省水資源安全得到較大改善，但仍有較大進步空間。

2005—2019年寧夏水資源安全評價值由0.196增長到0.351，從Ⅰ級（不安全）演變?yōu)棰蚣墸ㄝ^不安全），說明寧夏水資源短缺，不能滿足國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要。寧夏位于黃河中上游，受氣候條件、地形地貌等因素限制，降水量少、人均水資源量不足、經濟相對落后、產業(yè)結構不合理、單位產出用水量和人均用水量大、水土流失和草場退化嚴重，是黃河流域水資源治理的重點地區(qū)。

4 結論與建議

4.1 結 論

2005—2019年黃河流域水資源安全評價值呈現波動上升趨勢，2019年評價值為0.687，達到Ⅳ級（較安全）。流域水資源安全狀況改善主要得益于狀態(tài)和響應指標的提升，經濟社會發(fā)展未能為水資源安全提供充分的保障，而是形成了壓力，水資源一定程度上對經濟社會發(fā)展構成了約束。從空間分布來看，流域水資源安全?。▍^(qū)）間差異性減小，但整體形勢仍不容樂觀，2019年絕大部分?。▍^(qū)）為Ⅲ級及以下等級。究其原因，一是流域水資源稟賦先天不足，水資源與產業(yè)結構不匹配；二是流域水資源規(guī)劃管理長期遵循以需定供模式，強調保障生產用水需求，導致水資源過度開發(fā)。具體分析各省（區(qū)）的水資源安全狀況，青海省水資源稟賦較好，水資源安全等級穩(wěn)定保持在Ⅳ級（較安全）；陜西、內蒙古、山東三?。▍^(qū)）用水效率較高，水資源安全等級穩(wěn)定保持在Ⅲ級（中等安全）；河南、甘肅、山西三省受氣候條件、產業(yè)結構等因素限制，水資源安全等級由Ⅱ級（較不安全）改善為Ⅲ級，仍有較大發(fā)展空間；寧夏水資源安全等級從Ⅰ級（不安全）演變?yōu)棰蚣?，水資源短缺，不能滿足國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，是黃河流域水資源治理的重點地區(qū)。

4.2 建 議

為了提高黃河流域水資源安全水平，減小水資源對經濟社會發(fā)展的制約，需轉變以需定供的用水思路，按照“把水資源作為最大的剛性約束，以水而定、量水而行”的原則，努力提升流域水資源安全水平，實現水資源可持續(xù)發(fā)展。一是根據流域可開發(fā)的水資源量調整發(fā)展規(guī)模和產業(yè)結構，優(yōu)先生活用水，控制生產用水，重點加強農業(yè)節(jié)水，限制低用水效率產業(yè)發(fā)展，適度促進高用水效率產業(yè)發(fā)展；二是根據各?。▍^(qū)）水資源安全狀況和水資源對各產業(yè)的約束大小調整產業(yè)結構，推動產業(yè)從供水條件較差、水資源約束較大的地區(qū)向約束較小的地區(qū)轉移；三是繼續(xù)推進南水北調工程建設，綜合考慮流域其他資源和要素進行水資源調配。